己二胺等二元胺作为聚氨酯、聚酰胺等材料的聚合单体，其化学合成的核心技术长期被国外跨国公司垄断，已成为我国相关高分子材料领域“卡脖子”的重要因素。以自然界中可再生资源为原料通过生物催化合成二元胺等材料单体，具有过程绿色、环境友好等优点，且制备出的生物基材料不仅可以取代现有传统材料，而且性能还有望超越传统材料，未来潜力巨大。
生物基1,5-戊二胺的结构和性质与石油基己二胺类似，以其为单体已成功聚合得到一系列新型生物基PA5X系列聚酰胺，以及聚氨酯。由于戊二胺积累对细胞的毒性作用，以糖类等生物质为原料直接发酵生产戊二胺的效率受到了极大的限制。
南京工业大学陈可泉教授课题组通过提高发酵菌株大肠杆菌的戊二胺耐受性，实现了葡萄糖发酵合成戊二胺产量的提升。该工作以“Ameliorating end-product inhibition to improve cadaverine production in engineered Escherichia coli and its application in the synthesis of bio-based diisocyanates”为题发表于Synthetic and Systems Biotechnology 期刊上。
该工作在高产赖氨酸大肠杆菌的基础上，首先采用紫外诱变结合ARTP诱变的组合突变策略，筛选获得戊二胺耐受性增强的底盘细胞，并通过基因组测序和基因敲除验证，证实了同突变菌种戊二胺耐受性增强相关的关键靶点。进一步通过转录组分析，发现戊二胺的积累会抑制赖氨酸前体合成、ATP合成等代谢过程。通过考察糖酵解途径基因、赖氨酸合成基因以及戊二胺转运蛋白对菌株戊二胺合成能力的影响，以耐受菌株为底盘细胞，构建获得了工程菌株E. coli NT1005/CadA-lysA-dapA-cadB，采用分批发酵策略，戊二胺产量达58.7 g/L，得率达 0.396 g/gGlu，分别较原始菌株提高了43.9%和26.1%。该工作进一步将发酵所获得的戊二胺进行分离，纯度达99.6%以上，并成功用于制备聚氨酯材料单体之一1,5-五亚甲基二异氰酸酯（PDI）。
文章信息
Ameliorating end-product inhibition to improve cadaverine production in engineered Escherichia coli and its application in the synthesis of bio-based diisocyanates
Xin Wang， Xing Guo，Jing Wang, Hui Li, Feng He, Sheng Xu, Kequan Chen, Pingkai Ouyang
Synthetic and Systems Biotechnology
Volume 6, Issue 4, December 2021, Pages 243-253
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通讯作者简介
陈可泉，南京工业大学生物与制药工程学院教授，博士生导师，入选国家级高层次人才青年项目。研究方向为材料单体的生物制造及应用研究，涉及生物催化剂的构建、生物反应过程强化、产品分离及应用研究等。主持国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项科研项目，与德国科思创公司、中海油等多家企业开展了生物基材料的项目合作。在国内外具有影响力的期刊发表论文百余篇，授权专利30余项。
期刊简介
Synthetic and Systems Biotechnology 是高质量国际开放获取期刊，创刊于2016年。该期刊覆盖合成生物学、系统生物学以及生物医药等领域的各个方面。
本刊现已被SCIE、EMBASE、PubMed Central、Scopus等数据库收录。
2021年获得第一个影响因子：4.708，Q1区
2020CiteScore: 8.4，学科领域排名14/113。
本刊入选2019年中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊项目。
本刊是中国生物工程学会合成生物学专业委员会的会刊。
本刊是生物反应器工程国家重点实验室的官方期刊。
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